EP0518780A2 - Process and device for monitoring the operation of a laser beam optical chain carried by a welding tool - Google Patents

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EP0518780A2
EP0518780A2 EP92401638A EP92401638A EP0518780A2 EP 0518780 A2 EP0518780 A2 EP 0518780A2 EP 92401638 A EP92401638 A EP 92401638A EP 92401638 A EP92401638 A EP 92401638A EP 0518780 A2 EP0518780 A2 EP 0518780A2
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EP
European Patent Office
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welding
rod
laser
operational
emitted
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP92401638A
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German (de)
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Inventor
Jacques Griffaton
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Areva NP SAS
Original Assignee
Framatome SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Framatome SA filed Critical Framatome SA
Publication of EP0518780A2 publication Critical patent/EP0518780A2/en
Publication of EP0518780A3 publication Critical patent/EP0518780A3/xx
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/02—Positioning or observing the workpiece, e.g. with respect to the point of impact; Aligning, aiming or focusing the laser beam
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/70—Auxiliary operations or equipment
    • B23K26/702—Auxiliary equipment
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B7/00—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements
    • G02B7/02—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for lenses

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for controlling the operation of an optical chain carried by a welding tool.
  • a welding tool such as a laser beam welding rod for welding operations in reduced spaces, in particular in the tubes of a nuclear reactor steam generator cooled by pressurized water.
  • These steam generators comprise a bundle made up of a large number of small diameter tubes (approximately 20 mm), bent into a U and fixed at each of their ends by crimping in a very thick tubular plate.
  • the part of the steam generator located below the tube plate delimits a water box where the ends of the bundle tubes open.
  • the stresses to which the tubes are subjected sometimes produce cracks in the walls of these tubes.
  • repair sleeves are fixed in the tubes by welding, by means of a laser beam welding rod which is introduced into the water box and into the tubes.
  • Document FR-A-89 08 635 of the applicant shows a welding assembly, comprising a laser beam welding rod, which is used for sleeving tubes of a steam generator and which is arranged inside from the generator water box.
  • the welding rod comprises an optical chain which essentially comprises an optical fiber conducting the laser beam along the rod, from a laser source, arranged outside the water box, to a welding head of the rod , and optical means, arranged in this head, adapted to focus the laser beam on a welding location.
  • the optical operation of the welding rod is checked and the power of the laser beam is transmitted correctly in the optical chain of the rod.
  • the power emitted at the output of the laser source is generally measured before the beam enters the optical fiber.
  • the measurement of the power at the output of the optical fiber or at the output of the welding head requires sufficient space to have the means for removing the beam and the means for measuring the power of the beam. In the case of a welding operation inside the tubes of a steam generator, there is not enough space to insert such means.
  • the extraction of the welding rod from the water box for example in order to carry out a beam power measurement, is detrimental to the work rate and to the equipment.
  • the object of the invention is to detect defects or degradation of the optical chain carried by a welding tool, in particular a welding rod used in reduced spaces, in order to ensure the good transmission of the power of the laser beam. welding, this with space-saving measuring means.
  • the invention also relates to the aforementioned method applied to the control of an optical chain carried by a welding rod used for the sleeving of a bundle of tubes of a steam generator of a pressurized water nuclear reactor, the welding rod having a welding head which is introduced into the tubes, at their ends opening into a generator water box, to reach its operational position, and which is extracted from the tubes to be moved in the water box, characterized in that the light intensity emitted by the rod supplied by the auxiliary optical radiation is measured during the movement, in the water box, of the welding head between a position of the head aligned with a first tube which has just been sleeved and a position of the head aligned with a second tube which is going to be sleeved.
  • Another object of the invention is a control device for implementing the aforementioned method, characterized in that it comprises a measuring means comprising a photoelectric cell and an optical assembly which is disposed relative to the tool. welding so as to focus on this cell the auxiliary radiation emitted by the welding tool in the out-of-service position.
  • This device is applied to the control of an optical chain carried by a welding rod used for the sleeving of tubes of a steam generator of a pressurized water nuclear reactor, the welding rod being carried by a frame which is fixed on a carrier, placed inside a generator water box, and which comprises means for moving the rod between its operational position and its out of service position, characterized in that the intensity measurement means light is arranged on the frame so as to receive the auxiliary optical radiation emitted by the welding rod, in the out-of-service position thereof.
  • FIG. 1 shows a steam generator 10 disposed inside a nuclear reactor building delimited by a wall 12 which separates the interior from the exterior of the building.
  • the steam generator 10 comprises a tubular plate 14 where the ends of the tubes of a bundle bent in a U are fixed by crimping. In the figure there are shown the ends of three tubes 16,17,18 only, in each of which there are disposed a repair sleeve 20. The ends of the tubes open into a water box 22 provided with a manhole 24.
  • the laser welding device also comprises a flexible tube 44, called a boa, which extends from a lower opening 46 of the frame 40 to the puller-pusher 34, crossing the manhole 24 of the water box.
  • a sheath 48 passes through this boa and contains a sheathed optical fiber 50 connected to the laser source 26 and to the auxiliary radiation source 28.
  • the sheath 48 constitutes the rear extension of a welding tool called welding rod 52 which also passes the optical fiber 50.
  • the boa 44 also contains a gas pipe 54, supplied by the gas source 32, and electrical cables 56 coming from the electrical cabinet 30.
  • the welding rod 52 conducts the laser beam from the laser source 26 to its distal end comprising a rotary welding head 58, which is shown in more detail in FIG. 2 and which will be described later.
  • the welding rod 52 passes through the frame 40. It is provided with means for axial displacement inside the tubes 16, 17, 18, constituted in particular by the puller-pusher 34, and means for rotation movement which comprise a motor 60, arranged in the frame 40, and elements 61, 62, 63 for driving the rod in rotation. These means are of known type and are described in more detail in document FR-A 89 08 635 of the applicant.
  • the rotation of the welding rod 52 makes it possible to make circular weld beads.
  • the welding rod is moved horizontally in the water box, considering FIG. 1, between two sleeving tubes, by means of the carrier 36.
  • FIG. 1 shows the welding rod 52 in two operational welding positions, on the left of the figure, and in a third out-of-service position, on the right of the figure.
  • the two operational welding positions correspond respectively at welding locations arranged at the top and bottom of the repair sleeve 20.
  • the third out-of-service position allows the horizontal displacement of the welding rod 52 between two tubes to be sleeved. It can be seen that, in this out-of-service position of the welding rod, the welding head is opposite a light intensity measuring device 64 placed inside the frame 40.
  • FIG. 2 shows in more detail the welding head 58 of the welding rod positioned opposite the measuring device 64.
  • the welding head 58 is delimited by a wall 66 of generally tubular shape inside which is disposed l distal end 70 of the optical fiber 50.
  • This optical fiber emits a beam towards a set of lenses 74, comprising two to three juxtaposed lenses 74A, 74B, 74C for collimating and focusing the beam.
  • the optical fiber 50 is carried by a sleeve 76 so as to be positioned along the axis XX of the welding head 58.
  • the sleeve 76 has longitudinal peripheral grooves 78 forming passages for the neutral or active gas, used for operations welding and coming from the gas source 32.
  • the lenses 74A, 74B, 74C have lateral notches 80, or else, can be supported by openwork sleeves and spacers (not shown).
  • the beam focused by the lens assembly 74 is returned radially by a mirror 84, inclined at 45 °, towards the outside of the welding head, through a side window 82 of the latter.
  • the optical fiber 50, the lens assembly 74 and the mirror 84 constitute an optical chain which, when the welding head is in the operational position, transmits the operational laser beam to a welding location which coincides with the point of focusing F of the beam, outside the welding head.
  • the laser beam is no longer operational and a check is made of the optical functioning of the rod.
  • the welding rod is supplied by the radiation from the auxiliary source 28 which is transmitted to the measuring device 64 by the optical chain described above.
  • the auxiliary radiation radially emitted by the welding head is picked up by the measuring device 64 beyond the focal point F.
  • This auxiliary radiation has a low power, compared to the operational power of the laser beam, which is adapted to the conditions of use of the measuring device 64.
  • auxiliary radiation can be used, for example a Helium-Neon laser also used to visualize the invisible laser beam, when it is operational.
  • Another possible source of auxiliary radiation is a light-emitting diode which emits radiation of wavelength suitable for transmission in the optical chain of the welding rod.
  • a light emitting diode emitting in a wavelength identical to that of the welding laser for example, equal to 1.06 microns, which is the wavelength of a YAG laser usually used for welding.
  • the welding laser as an auxiliary radiation source, set at a power lower than its operational power.
  • the measuring device 64 comprises a photoelectric cell 86 and an optical assembly 88 of two lenses which focuses on this cell the auxiliary radiation emitted by the welding rod.
  • the photocell 86 converts the received radiation into a electrical signal.
  • the signal delivered by the photoelectric cell is compared to a predetermined threshold, which is a function of the state of the elements constituting the optical chain.
  • Monitoring the signal delivered by the photoelectric cell 86 of the measuring device makes it possible to detect a defect or possible degradation of the optical chain of the welding rod. This verifies the quality of the welding operations that have just been carried out and ensures that the rod works properly for the next welding operations.
  • the sequential control of the optical chain of the welding rod is carried out without removing the welding rod from the generator water box and during the movement of the rod between two sleeving tubes.
  • the device for measuring the intensity of the radiation emitted by the welding rod, when it is out of service takes up little space, which makes it possible to accommodate it in the frame, contained in the box. water.
  • FIG. 3 shows a welding tool 90 comprising a gantry 92 carrying a welding arm 94 which is provided with a welding head 96 mounted articulated on a wrist 98.
  • the welding tool 90 is used for welding objects arranged on a table 100.
  • a housing 102 contains a laser source which emits a welding beam. This is led through the gantry 92 and the arm 94 to the welding head 96 by means of an optical chain, of known type, comprising an optical fiber 104 and / or mirrors (not shown).
  • the light intensity measuring device 64 has been placed in the vicinity of the table 100.
  • the source auxiliary radiation is housed, for example, inside the housing 102.
  • the welding tool 90 comprises known means for moving its welding head 96 between an operational position and an out of service position in which the head 96 emits the auxiliary radiation, transmitted by the optical chain, to the measuring device 64.

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Abstract

According to this method, the optical operation of a laser-beam welding tool is monitored, when the tool is in an out-of-service position, by means of auxiliary low-power radiation. This radiation is transmitted to a measuring device (64) fitted with a photoelectric cell (86) after having traversed the tool as far as a welding head (58). <??>Application to the monitoring of an optical system carried by a welding cane used for welding repair sleeves in steam-generator tubes of a pressurised-water nuclear reactor. <IMAGE>

Description

La présente invention concerne un procédé et un dispositif de contrôle du fonctionnement d'une chaîne optique portée par un outil de soudage.The present invention relates to a method and a device for controlling the operation of an optical chain carried by a welding tool.

On connait déjà dans l'état de la technique un procédé de contrôle du fonctionnement d'une chaîne optique portée par un outil de soudage et conduisant un faisceau laser de soudage, à une puissance opérationnelle, depuis une source laser jusqu'à un emplacement de soudage.There is already known in the prior art a process for controlling the operation of an optical chain carried by a welding tool and leading a welding laser beam, at an operational power, from a laser source to a location of welding.

Il est connu d'utiliser un outil de soudage comme une canne de soudage à faisceau laser pour des opérations de soudage dans des espaces réduits, notamment dans les tubes d'un générateur de vapeur de réacteur nucléaire refroidi par de l'eau sous pression. Ces générateurs de vapeur comportent un faisceau constitué d'un grand nombre de tubes de petit diamètre ( 20 mm environ), pliés en U et fixés à chacune de leurs extrémités par sertissage dans une plaque tubulaire de grande épaisseur. La partie du générateur de vapeur située en dessous de la plaque tubulaire délimite une boîte à eau où débouchent les extrémités des tubes du faisceau. Les contraintes auxquelles sont soumis les tubes produisent parfois des fissures dans les parois de ces tubes. Il est connu d'effectuer la réparation de ces tubes par manchonnage des tubes. Dans ce but, on fixe des manchons de réparation dans les tubes par soudage, au moyen d'une canne de soudage à faisceau laser qui est introduite dans la boîte à eau et dans les tubes.It is known to use a welding tool such as a laser beam welding rod for welding operations in reduced spaces, in particular in the tubes of a nuclear reactor steam generator cooled by pressurized water. These steam generators comprise a bundle made up of a large number of small diameter tubes (approximately 20 mm), bent into a U and fixed at each of their ends by crimping in a very thick tubular plate. The part of the steam generator located below the tube plate delimits a water box where the ends of the bundle tubes open. The stresses to which the tubes are subjected sometimes produce cracks in the walls of these tubes. It is known to repair these tubes by sleeving the tubes. For this purpose, repair sleeves are fixed in the tubes by welding, by means of a laser beam welding rod which is introduced into the water box and into the tubes.

Le document FR-A-89 08 635 de la demanderesse montre un ensemble de soudage, comportant une canne de soudage à faisceau laser, qui est utilisée pour effectuer le manchonnage de tubes d'un générateur de vapeur et qui est disposée à l'intérieur de la boîte à eau du générateur.Document FR-A-89 08 635 of the applicant shows a welding assembly, comprising a laser beam welding rod, which is used for sleeving tubes of a steam generator and which is arranged inside from the generator water box.

La canne de soudage comporte une chaîne optique qui comprend essentiellement une fibre optique conduisant le faisceau laser le long de la canne, depuis une source laser, disposée à l'extérieur de la boîte à eau, jusqu'à une tête de soudage de la canne, et des moyens optiques, disposés dans cette tête, adaptés pour focaliser le faisceau laser sur un emplacement de soudage.The welding rod comprises an optical chain which essentially comprises an optical fiber conducting the laser beam along the rod, from a laser source, arranged outside the water box, to a welding head of the rod , and optical means, arranged in this head, adapted to focus the laser beam on a welding location.

Pour effectuer les opérations de soudage dans de bonnes conditions, on contrôle le fonctionnement optique de la canne de soudage et on s'assure de la bonne transmission de la puissance du faisceau laser dans la chaîne optique de la canne. Pour cela, on mesure généralement la puissance émise à la sortie de la source laser avant l'entrée du faisceau dans la fibre optique. La mesure de la puissance en sortie de la fibre optique ou en sortie de la tête de soudage requiert une place suffisante pour disposer des moyens de prélèvement du faisceau et des moyens de mesure de la puissance du faisceau. Dans le cas d'opération de soudage à l'intérieur des tubes d'un générateur de vapeur, il n'y a pas de place suffisante pour insérer de tels moyens. Par ailleurs, l'extraction de la canne de soudage hors de la boîte à eau, par exemple en vue d'effectuer une mesure de puissance du faisceau, nuit à la cadence de travail et au matériel.To carry out the welding operations in good conditions, the optical operation of the welding rod is checked and the power of the laser beam is transmitted correctly in the optical chain of the rod. For this, the power emitted at the output of the laser source is generally measured before the beam enters the optical fiber. The measurement of the power at the output of the optical fiber or at the output of the welding head requires sufficient space to have the means for removing the beam and the means for measuring the power of the beam. In the case of a welding operation inside the tubes of a steam generator, there is not enough space to insert such means. Furthermore, the extraction of the welding rod from the water box, for example in order to carry out a beam power measurement, is detrimental to the work rate and to the equipment.

L'invention a pour but de déceler les défauts ou la dégradation de la chaîne optique portée par un outil de soudage, notamment une canne de soudage utilisée dans des espaces réduits, afin de s'assurer de la bonne transmission de la puissance du faisceau laser de soudage, ceci avec des moyens de mesure peu encombrants.The object of the invention is to detect defects or degradation of the optical chain carried by a welding tool, in particular a welding rod used in reduced spaces, in order to ensure the good transmission of the power of the laser beam. welding, this with space-saving measuring means.

A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de contrôle du type précité caractérisé en ce que, entre deux opérations de soudage :

  • on déplace l'outil de soudage d'une position opérationnelle au niveau de l'emplacement de soudage jusqu'à une position hors service ;
  • on alimente la chaîne optique de l'outil de soudage avec un rayonnement optique auxiliaire ayant une puissance inférieure à la puissance opérationnelle du faisceau laser ;
  • on mesure l'intensité lumineuse émise par l'outil de soudage, dans sa position hors service, alimenté par le rayonnement optique auxiliaire ;
  • on compare cette intensité avec un seuil d'intensité correspondant au fonctionnement satisfaisant de l'outil de soudage ; et
  • on déplace l'outil de soudage vers une nouvelle position opérationnelle de soudage.
To this end, the subject of the invention is a control method of the aforementioned type, characterized in that, between two welding operations:
  • the welding tool is moved from an operational position at the welding location to an out of service position;
  • the optical chain of the welding tool is supplied with an auxiliary optical radiation having a power lower than the operational power of the laser beam;
  • the light intensity emitted by the welding tool is measured, in its out-of-service position, supplied by the auxiliary optical radiation;
  • this intensity is compared with an intensity threshold corresponding to the satisfactory operation of the welding tool; and
  • the welding tool is moved to a new operational welding position.

Suivant d'autres caractéristiques de l'invention:

  • le rayonnement optique auxiliaire est émis par un laser Hélium-Néon utilisé pour visualiser le faisceau laser invisible, lorsque celui-ci est opérationnel ;
  • le rayonnement optique auxiliaire est émis par le laser de soudage, réglé à une puissance inférieure à la puissance opérationnelle ;
  • le rayonnement optique auxiliaire est émis par une diode électroluminescente à une longueur d'onde adaptée à sa transmission dans la chaîne optique de l'outil de soudage ;
  • le rayonnement émis par la diode électroluminescente a une longeur d'onde égale à la longueur d'onde du laser de soudage ;
  • le laser et la diode électroluminescente émettent à une longueur d'onde identique de 1,06 microns.
According to other characteristics of the invention:
  • the auxiliary optical radiation is emitted by a Helium-Neon laser used to visualize the invisible laser beam, when it is operational;
  • the auxiliary optical radiation is emitted by the welding laser, adjusted to a power lower than the operational power;
  • the auxiliary optical radiation is emitted by a light-emitting diode at a wavelength suitable for its transmission in the optical chain of the welding tool;
  • the radiation emitted by the light-emitting diode has a wavelength equal to the wavelength of the welding laser;
  • the laser and the light emitting diode emit at an identical wavelength of 1.06 microns.

L'invention a également pour objet le procédé précité appliqué au contrôle d'une chaîne optique portée par une canne de soudage utilisée pour le manchonnage d'un faisceau de tubes d'un générateur de vapeur d'un réacteur nucléaire à eau sous pression, la canne de soudage ayant une tête de soudage qui est introduite dans les tubes, par leurs extrémités débouchant dans une boîte à eau du générateur, pour parvenir jusqu'à sa position opérationnelle, et qui est extraite des tubes pour être déplacée dans la boîte à eau, caractérisé en ce qu'on mesure l'intensité lumineuse émise par la canne alimentée par le rayonnement optique auxiliaire pendant le déplacement, dans la boîte à eau, de la tête de soudage entre une position de la tête alignée avec un premier tube qui vient d'être manchonné et une position de la tête alignée avec un second tube que l'on va manchonner.The invention also relates to the aforementioned method applied to the control of an optical chain carried by a welding rod used for the sleeving of a bundle of tubes of a steam generator of a pressurized water nuclear reactor, the welding rod having a welding head which is introduced into the tubes, at their ends opening into a generator water box, to reach its operational position, and which is extracted from the tubes to be moved in the water box, characterized in that the light intensity emitted by the rod supplied by the auxiliary optical radiation is measured during the movement, in the water box, of the welding head between a position of the head aligned with a first tube which has just been sleeved and a position of the head aligned with a second tube which is going to be sleeved.

Un autre objet de l'invention est un dispositif de contrôle pour la mise en oeuvre du procédé précité, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen de mesure comprenant une cellule photoélectrique et un ensemble optique qui est disposé par rapport à l'outil de soudage de façon à focaliser sur cette cellule le rayonnement auxiliaire émis par l'outil de soudage en position hors service.Another object of the invention is a control device for implementing the aforementioned method, characterized in that it comprises a measuring means comprising a photoelectric cell and an optical assembly which is disposed relative to the tool. welding so as to focus on this cell the auxiliary radiation emitted by the welding tool in the out-of-service position.

Ce dispositif est appliqué au contrôle d'une chaîne optique portée par une canne de soudage utilisée pour le manchonnage de tubes d'un générateur de vapeur d'un réacteur nucléaire à eau sous pression, la canne de soudage étant portée par un bâti qui est fixé sur un porteur, disposé à l'intérieur d'une boîte à eau du générateur, et qui comporte des moyens de déplacement de la canne entre sa position opérationnelle et sa position hors service, caractérisé en ce que le moyen de mesure d'intensité lumineuse est disposé sur le bâti de façon à recevoir le rayonnement optique auxiliaire émis par la canne de soudage, en position hors service de celle-ci.This device is applied to the control of an optical chain carried by a welding rod used for the sleeving of tubes of a steam generator of a pressurized water nuclear reactor, the welding rod being carried by a frame which is fixed on a carrier, placed inside a generator water box, and which comprises means for moving the rod between its operational position and its out of service position, characterized in that the intensity measurement means light is arranged on the frame so as to receive the auxiliary optical radiation emitted by the welding rod, in the out-of-service position thereof.

Un exemple de réalisation de l'invention est décrit plus en détail ci-dessous en se référant aux dessins annexés dans lesquels :

  • la figure 1 est une vue schématique en coupe et en élévation de la partie inférieure d'un générateur de vapeur d'un réacteur nucléaire dans lequel est placé un dispositif de contrôle pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention ;
  • la figure 2 est une vue schématique en coupe longitudinale d'une partie de la tête de soudage de la canne de soudage ; et
  • la figure 3 est une vue schématique en perspective d'un outil de soudage.
An exemplary embodiment of the invention is described in more detail below with reference to the accompanying drawings in which:
  • Figure 1 is a schematic sectional view in elevation of the lower part of a steam generator of a nuclear reactor in which is placed a control device for the implementation of the method according to the invention;
  • Figure 2 is a schematic view in longitudinal section of a portion of the welding head of the welding rod; and
  • Figure 3 is a schematic perspective view of a welding tool.

On voit à la figure 1 un générateur de vapeur 10 disposé à l'intérieur d'un bâtiment de réacteur nucléaire délimité par une paroi 12 qui sépare l'intérieur de l'extérieur du bâtiment.FIG. 1 shows a steam generator 10 disposed inside a nuclear reactor building delimited by a wall 12 which separates the interior from the exterior of the building.

Le générateur de vapeur 10 comporte une plaque tubulaire 14 où sont fixées par sertissage les extrémités des tubes d'un faisceau pliés en U. Sur la figure on a représenté des extrémités de trois tubes 16,17,18 seulement, dans chacun desquels on a disposé un manchon de réparation 20. Les extrémités des tubes débouchent dans une boîte à eau 22 munie d'un trou d'homme 24.The steam generator 10 comprises a tubular plate 14 where the ends of the tubes of a bundle bent in a U are fixed by crimping. In the figure there are shown the ends of three tubes 16,17,18 only, in each of which there are disposed a repair sleeve 20. The ends of the tubes open into a water box 22 provided with a manhole 24.

On a également représenté sur la figure 1 un dispositif de soudage au laser 25 des manchons de réparation 20. Ce dispositif de soudage comprend :

  • à l'extérieur du bâtiment de réacteur nucléaire, une source laser 26, une source de rayonnement auxiliaire 28, et une armoire d'alimentation électrique 30 ;
  • dans le bâtiment de réacteur nucléaire mais à l'extérieur de la boîte à eau 22 du générateur de vapeur, une source de gaz neutre ou actif 32 et un tireur-pousseur à galets 34;
  • dans la boîte à eau 22, un porteur 36 muni d'un bras 38 qui porte un bâti 40 à son extrémité, par l'intermédiaire d'un élévateur 42.
FIG. 1 also shows a laser welding device 25 for the repair sleeves 20. This welding device comprises:
  • outside the nuclear reactor building, a laser source 26, an auxiliary radiation source 28, and an electrical power cabinet 30;
  • in the nuclear reactor building but outside the water box 22 of the steam generator, a source of neutral or active gas 32 and a roller pusher-puller 34;
  • in the water box 22, a carrier 36 provided with an arm 38 which carries a frame 40 at its end, by means of an elevator 42.

Le dispositif de soudage au laser comprend en outre un tube souple 44, appelé boa, qui s'étend d'une ouverture inférieure 46 du bâti 40 au tireur-pousseur 34, en traversant le trou d'homme 24 de la boîte à eau. Une gaine 48 passe dans ce boa et contient une fibre optique gainée 50 reliée à la source laser 26 et à la source de rayonnement auxilaire 28. La gaine 48 constitue le prolongement arrière d'un outil de soudage appelé canne de soudage 52 où passe également la fibre optique 50. Le boa 44 contient en outre une conduite de gaz 54, alimentée par la source de gaz 32, et des câbles électriques 56 provenant de l'armoire électrique 30.The laser welding device also comprises a flexible tube 44, called a boa, which extends from a lower opening 46 of the frame 40 to the puller-pusher 34, crossing the manhole 24 of the water box. A sheath 48 passes through this boa and contains a sheathed optical fiber 50 connected to the laser source 26 and to the auxiliary radiation source 28. The sheath 48 constitutes the rear extension of a welding tool called welding rod 52 which also passes the optical fiber 50. The boa 44 also contains a gas pipe 54, supplied by the gas source 32, and electrical cables 56 coming from the electrical cabinet 30.

La canne de soudage 52 conduit le faisceau laser depuis la source laser 26 jusqu'à son extrémité distale comprenant une tête de soudage rotative 58, qui est montrée plus en détail à la figure 2 et qui sera décrite ultérieurement.The welding rod 52 conducts the laser beam from the laser source 26 to its distal end comprising a rotary welding head 58, which is shown in more detail in FIG. 2 and which will be described later.

La canne de soudage 52 traverse le bâti 40. Elle est munie de moyens de déplacement axial à l'intérieur des tubes 16,17,18, constitués en particulier par le tireur-pousseur 34, et de moyens de déplacement en rotation qui comprennent un moteur 60, disposé dans le bâti 40, et des éléments 61,62,63 d'entraînement en rotation de la canne. Ces moyens sont de type connu et sont décrits plus en détail dans le document FR-A 89 08 635 de la demanderesse. La rotation de la canne de soudage 52 permet d'effectuer des cordons de soudure circulaires. La canne de soudage est déplacée horizontalement dans la boîte à eau, en considérant la figure 1, entre deux tubes à manchonner, au moyen du porteur 36.The welding rod 52 passes through the frame 40. It is provided with means for axial displacement inside the tubes 16, 17, 18, constituted in particular by the puller-pusher 34, and means for rotation movement which comprise a motor 60, arranged in the frame 40, and elements 61, 62, 63 for driving the rod in rotation. These means are of known type and are described in more detail in document FR-A 89 08 635 of the applicant. The rotation of the welding rod 52 makes it possible to make circular weld beads. The welding rod is moved horizontally in the water box, considering FIG. 1, between two sleeving tubes, by means of the carrier 36.

On a représenté à la figure 1 la canne de soudage 52 dans deux positions opérationnelles de soudage, à gauche de la figure, et dans une troisième position hors service, à droite de la figure. Les deux positions opérationnelles de soudage correspondent respectivement à des emplacements de soudage disposés en haut et en bas du manchon de réparation 20. La troisième position hors service permet le déplacement horizontal de la canne de soudage 52 entre deux tubes à manchonner. On voit que, dans cette position hors service de la canne de soudage, la tête de soudage est en regard d'un dispositif de mesure d'intensité lumineuse 64 disposé à l'intérieur du bâti 40.FIG. 1 shows the welding rod 52 in two operational welding positions, on the left of the figure, and in a third out-of-service position, on the right of the figure. The two operational welding positions correspond respectively at welding locations arranged at the top and bottom of the repair sleeve 20. The third out-of-service position allows the horizontal displacement of the welding rod 52 between two tubes to be sleeved. It can be seen that, in this out-of-service position of the welding rod, the welding head is opposite a light intensity measuring device 64 placed inside the frame 40.

La figure 2 montre plus en détail la tête de soudage 58 de la canne de soudage positionnée en regard du dispositif de mesure 64. La tête de soudage 58 est délimitée par une paroi 66 de forme générale tubulaire à l'intérieur de laquelle est disposée l'extrémité distale 70 de la fibre optique 50. Cette fibre optique émet un faisceau en direction d'un ensemble de lentilles 74, comprenant deux à trois lentilles juxtaposées 74A,74B,74C pour collimater et focaliser le faisceau. La fibre optique 50 est portée par un manchon 76 de façon à être positionnée suivant l'axe X-X de la tête de soudage 58. Le manchon 76 comporte des rainures périphériques longitudinales 78 formant des passages pour le gaz neutre ou actif, utilisé pour les opérations de soudage et provenant de la source de gaz 32. Dans le même but, les lentilles 74A,74B,74C comportent des encoches latérales 80, ou bien, peuvent être supportées par des fourreaux et entretoises ajourées (non représentés).FIG. 2 shows in more detail the welding head 58 of the welding rod positioned opposite the measuring device 64. The welding head 58 is delimited by a wall 66 of generally tubular shape inside which is disposed l distal end 70 of the optical fiber 50. This optical fiber emits a beam towards a set of lenses 74, comprising two to three juxtaposed lenses 74A, 74B, 74C for collimating and focusing the beam. The optical fiber 50 is carried by a sleeve 76 so as to be positioned along the axis XX of the welding head 58. The sleeve 76 has longitudinal peripheral grooves 78 forming passages for the neutral or active gas, used for operations welding and coming from the gas source 32. For the same purpose, the lenses 74A, 74B, 74C have lateral notches 80, or else, can be supported by openwork sleeves and spacers (not shown).

Le faisceau focalisé par l'ensemble de lentilles 74 est renvoyé radialement par un miroir 84, incliné à 45°, vers l'extérieur de la tête de soudage, à travers une fenêtre latérale 82 de celle-ci.The beam focused by the lens assembly 74 is returned radially by a mirror 84, inclined at 45 °, towards the outside of the welding head, through a side window 82 of the latter.

La fibre optique 50, l'ensemble de lentilles 74 et le miroir 84 constituent une chaîne optique qui, lorsque la tête de soudage est en position opérationnelle, transmet le faisceau laser opérationnel jusqu'à un emplacement de soudage qui coïncide avec le point de focalisation F du faisceau, à l'extérieur de la tête de soudage. Dans le cas où la canne de soudage est en position hors service, comme cela est représenté à la figure 2, le faisceau laser n'est plus opérationnel et l'on effectue un contrôle du fonctionnement optique de la canne. Pour cela, la canne de soudage est alimentée par le rayonnement de la source auxiliaire 28 qui est transmis jusqu'au dispositif de mesure 64 par la chaîne optique décrite précédemment. Le rayonnement auxiliaire émis radialement par la tête de soudage est capté par le dispositif de mesure 64 au-delà du point de focalisation F. Ce rayonnement auxiliaire a une puissance faible, par rapport à la puissance opérationnelle du faisceau laser, qui est adaptée aux conditions d'utilisation du dispositif de mesure 64.The optical fiber 50, the lens assembly 74 and the mirror 84 constitute an optical chain which, when the welding head is in the operational position, transmits the operational laser beam to a welding location which coincides with the point of focusing F of the beam, outside the welding head. In the case where the welding rod is in the out-of-service position, as shown in FIG. 2, the laser beam is no longer operational and a check is made of the optical functioning of the rod. For this, the welding rod is supplied by the radiation from the auxiliary source 28 which is transmitted to the measuring device 64 by the optical chain described above. The auxiliary radiation radially emitted by the welding head is picked up by the measuring device 64 beyond the focal point F. This auxiliary radiation has a low power, compared to the operational power of the laser beam, which is adapted to the conditions of use of the measuring device 64.

Différentes sources de rayonnement auxiliaire peuvent être utilisées, par exemple un laser Hélium-Néon utilisé par ailleurs pour visualiser le faisceau laser invisible, lorsque celui-ci est opérationnel. Une autre source de rayonnement auxiliaire possible est une diode électroluminescente qui émet un rayonnement de longueur d'onde adaptée à la transmission dans la chaîne optique de la canne de soudage. Dans ce cas, on peut utiliser une diode électroluminescente émettant dans une longueur d'onde identique à celle du laser de soudage, par exemple, égale à 1,06 microns, qui est la longueur d'onde d'un laser YAG utilisé habituellement pour le soudage. Il est également possible d'utiliser comme source de rayonnement auxiliaire le laser de soudage, réglé à une puissance inférieure à sa puissance opérationnelle.Different sources of auxiliary radiation can be used, for example a Helium-Neon laser also used to visualize the invisible laser beam, when it is operational. Another possible source of auxiliary radiation is a light-emitting diode which emits radiation of wavelength suitable for transmission in the optical chain of the welding rod. In this case, one can use a light emitting diode emitting in a wavelength identical to that of the welding laser, for example, equal to 1.06 microns, which is the wavelength of a YAG laser usually used for welding. It is also possible to use the welding laser as an auxiliary radiation source, set at a power lower than its operational power.

Le dispositif de mesure 64 comporte une cellule photoélectrique 86 et un ensemble optique 88 de deux lentilles qui focalise sur cette cellule le rayonnement auxiliaire émis par la canne de soudage. La cellule photoélectrique 86 convertit le rayonnement reçu en un signal électrique. Pour déceler un défaut ou la détérioration éventuelle de la chaîne optique, on compare le signal délivré par la cellule photoélectrique à un seuil prédéterminé, qui est fonction de l'état des éléments constituant la chaîne optique.The measuring device 64 comprises a photoelectric cell 86 and an optical assembly 88 of two lenses which focuses on this cell the auxiliary radiation emitted by the welding rod. The photocell 86 converts the received radiation into a electrical signal. To detect a defect or possible deterioration of the optical chain, the signal delivered by the photoelectric cell is compared to a predetermined threshold, which is a function of the state of the elements constituting the optical chain.

Le contrôle de la chaîne optique de la canne de soudage est réalisé séquentiellement entre deux opérations de soudage qui s'enchaînent de la façon suivante :

  • on positionne la tête de soudage au regard d'un emplacement de soudage à l'intérieur d'un manchon de réparation 20 d'un tube et on effectue les soudures nécessaires pour fixer celui-ci ;
  • une fois le manchon 20 fixé, on déplace verticalement la tête de soudage vers le bas, en considérant la figure 1, entre sa position opérationnelle de soudage et une position hors service telle que la tête de soudage soit escamotée dans le bâti 40, à la hauteur du dispositif de mesure 64, en étant alignée axialement avec le tube qu'on a terminé de manchonner ;
  • pendant le déplacement horizontal de la canne de soudage vers un autre tube à manchonner, on alimente la chaîne optique de la canne avec le rayonnement optique auxiliaire, on fait tourner la tête de soudage 58 de façon à orienter le rayonnement émis à travers la fenêtre 82 de la tête face au dispositif de mesure 64, on mesure le signal délivré par la cellule photoélectrique 86, et on compare ce signal électrique avec le seuil prédéterminé correspondant au fonctionnement satisfaisant de la canne ;
  • lorsque la tête de soudage est au droit d'un autre tube à manchonner, on déplace verticalement celle-ci vers le haut, en considérant la figure 1, entre sa position hors service et une position opérationnelle telle que la tête de soudage soit en regard d'un emplacement de soudage à l'intérieur d'un manchon de réparation 20.
The control of the optical chain of the welding rod is carried out sequentially between two welding operations which are linked as follows:
  • the welding head is positioned with respect to a welding location inside a tube repair sleeve 20 and the welds necessary to fix the latter are carried out;
  • once the sleeve 20 is fixed, the welding head is moved vertically downwards, considering FIG. 1, between its operational welding position and an out of service position such that the welding head is retracted into the frame 40, at the height of the measuring device 64, being axially aligned with the tube that has finished being sleeved;
  • during the horizontal displacement of the welding rod towards another tube to be sleeved, the optical chain of the rod is supplied with the auxiliary optical radiation, the welding head 58 is rotated so as to orient the radiation emitted through the window 82 from the head facing the measuring device 64, the signal delivered by the photoelectric cell 86 is measured, and this electrical signal is compared with the predetermined threshold corresponding to the satisfactory operation of the rod;
  • when the welding head is in line with another tube to be sleeved, the latter is moved vertically upwards, considering FIG. 1, between its out of service position and an operational position such that the welding head is opposite of a location welding inside a repair sleeve 20.

La surveillance du signal délivré par la cellule photoélectrique 86 du dispositif de mesure permet de déceler un défaut ou une éventuelle dégradation de la chaîne optique de la canne de soudage. On vérifie ainsi la qualité des opérations de soudage que l'on vient d'effectuer et on s'assure du bon fonctionnement de la canne pour les prochaines opérations de soudage.Monitoring the signal delivered by the photoelectric cell 86 of the measuring device makes it possible to detect a defect or possible degradation of the optical chain of the welding rod. This verifies the quality of the welding operations that have just been carried out and ensures that the rod works properly for the next welding operations.

Le contrôle séquentiel de la chaîne optique de la canne de soudage est réalisé sans extraire la canne de soudage de la boîte à eau du générateur et pendant le déplacement de la canne entre deux tubes à manchonner.The sequential control of the optical chain of the welding rod is carried out without removing the welding rod from the generator water box and during the movement of the rod between two sleeving tubes.

La source de rayonnement auxiliaire étant de faible puissance, le dispositif de mesure d'intensité du rayonnement émis par la canne de soudage, lorsqu'elle est hors service, est peu encombrant ce qui permet de le loger dans le bâti, contenu dans la boîte à eau.Since the auxiliary radiation source is of low power, the device for measuring the intensity of the radiation emitted by the welding rod, when it is out of service, takes up little space, which makes it possible to accommodate it in the frame, contained in the box. water.

On voit à la figure 3 comment le procédé de contrôle selon l'invention est appliqué à un autre outil de soudage à faisceau laser que la canne de soudage. On voit sur cette figure un outil de soudage 90 comprenant un portique 92 portant un bras de soudage 94 qui est muni d'une tête de soudage 96 montée articulée sur un poignet 98. L'outil de soudage 90 est utilisé pour le soudage d'objets agencés sur une table 100. Un boîtier 102 contient une source laser qui émet un faisceau de soudage. Celui-ci est conduit à travers le portique 92 et le bras 94 jusqu'à la tête de soudage 96 au moyen d'une chaîne optique, de type connu, comprenant une fibre optique 104 et/ou des miroirs (non représentés).We see in Figure 3 how the control method according to the invention is applied to another laser beam welding tool than the welding rod. This figure shows a welding tool 90 comprising a gantry 92 carrying a welding arm 94 which is provided with a welding head 96 mounted articulated on a wrist 98. The welding tool 90 is used for welding objects arranged on a table 100. A housing 102 contains a laser source which emits a welding beam. This is led through the gantry 92 and the arm 94 to the welding head 96 by means of an optical chain, of known type, comprising an optical fiber 104 and / or mirrors (not shown).

On voit également à la figure 3 que pour effectuer le contrôle de la chaîne optique de l'outil de soudage 90 on a disposé le dispositif de mesure d'intensité lumineuse 64 au voisinage de la table 100. La source de rayonnement auxiliaire est logée, par exemple, à l'intérieur du boîtier 102. L'outil de soudage 90 comporte des moyens connus de déplacement de sa tête de soudage 96 entre une position opérationnelle et une position hors service dans laquelle la tête 96 émet le rayonnement auxiliaire, transmis par la chaîne optique, vers le dispositif de mesure 64.It can also be seen in FIG. 3 that in order to check the optical chain of the welding tool 90, the light intensity measuring device 64 has been placed in the vicinity of the table 100. The source auxiliary radiation is housed, for example, inside the housing 102. The welding tool 90 comprises known means for moving its welding head 96 between an operational position and an out of service position in which the head 96 emits the auxiliary radiation, transmitted by the optical chain, to the measuring device 64.

Claims (9)

1. Procédé de contrôle du fonctionnement d'une chaîne optique portée par un outil de soudage et conduisant un faisceau laser de soudage, à une puissance opérationnelle, depuis une source laser (26) jusqu'à un emplacement de soudage, caractérisé en ce que, entre deux opérations de soudage: - on déplace l'outil de soudage (52) d'une position opérationnelle au niveau de l'emplacement de soudage jusqu'à une position hors service ; - on alimente la chaîne optique de l'outil de soudage (52) avec un rayonnement optique auxiliaire ayant une puissance inférieure à la puissance opérationnelle du faisceau laser ; - on mesure l'intensité lumineuse émise par l'outil de soudage (52), dans sa position hors service, alimenté par le rayonnement optique auxiliaire ; - on compare cette intensité avec un seuil d'intensité correspondant au fonctionnement satisfaisant de l'outil de soudage (52) ; et - on déplace l'outil de soudage (52) vers une nouvelle position opérationnelle de soudage. 1. Method for controlling the operation of an optical chain carried by a welding tool and leading a welding laser beam, at an operational power, from a laser source (26) to a welding location, characterized in that , between two welding operations: - The welding tool (52) is moved from an operational position at the welding location to an out of service position; - The optical chain of the welding tool (52) is supplied with an auxiliary optical radiation having a power lower than the operational power of the laser beam; - Measuring the light intensity emitted by the welding tool (52), in its out-of-service position, supplied by the auxiliary optical radiation; - This intensity is compared with an intensity threshold corresponding to the satisfactory operation of the welding tool (52); and - The welding tool (52) is moved to a new operational welding position. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rayonnement optique auxiliaire est émis par un laser Hélium-Néon utilisé pour visualiser le faisceau laser invisible, lorsque celui-ci est opérationnel. 2. Method according to claim 1, characterized in that the auxiliary optical radiation is emitted by a Helium-Neon laser used to visualize the invisible laser beam, when the latter is operational. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rayonnement optique auxiliaire est émis par le laser de soudage, réglé à une puissance inférieure à la puissance opérationnelle. 3. Method according to claim 1, characterized in that the auxiliary optical radiation is emitted by the welding laser, adjusted to a power lower than the operational power. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rayonnement optique auxiliaire est émis par une diode électroluminescente à une longueur d'onde adaptée à sa transmission dans la chaîne optique de l'outil de soudage (52). 4. Method according to claim 1, characterized in that the auxiliary optical radiation is emitted by a light-emitting diode at a wavelength suitable for its transmission in the optical chain of the welding tool (52). 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le rayonnement émis par la diode électroluminescente a une longeur d'onde égale à la longueur d'onde du laser de soudage. 5. Method according to claim 4, characterized in that the radiation emitted by the light-emitting diode has a wavelength equal to the wavelength of the welding laser. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le laser et la diode électroluminescente émettent à une longueur d'onde identique de 1,06 microns. 6. Method according to claim 5, characterized in that the laser and the light emitting diode emit at an identical wavelength of 1.06 microns. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes appliqué au contrôle d'une chaîne optique portée par une canne de soudage (52) utilisée pour le manchonnage d'un faisceau de tubes d'un générateur de vapeur (10) d'un réacteur nucléaire à eau sous pression, la canne de soudage (52) ayant une tête de soudage (58) qui est introduite dans les tubes (16,17,18), par leurs extrémités débouchant dans une boîte à eau (22) du générateur, pour parvenir jusqu'à sa position opérationnelle, et qui est extraite des tubes (16,17,18) pour être déplacée dans la boîte à eau, caractérisé en ce qu'on mesure l'intensité lumineuse émise par la canne (52) alimentée par le rayonnement optique auxiliaire pendant le déplacement, dans la boîte à eau, de la tête de soudage (58) entre une position de la tête alignée avec un premier tube (16,17,18) qui vient d'être manchonné et une position de la tête alignée avec un second tube (16,17,18) que l'on va manchonner. 7. Method according to any one of the preceding claims applied to the control of an optical chain carried by a welding rod (52) used for the sleeving of a bundle of tubes of a steam generator (10) of a pressurized water nuclear reactor, the welding rod (52) having a welding head (58) which is introduced into the tubes (16,17,18), by their ends opening into a water box (22) of the generator , to reach its operational position, which is extracted from the tubes (16,17,18) to be moved in the water box, characterized in that the light intensity emitted by the rod (52) is measured powered by the auxiliary optical radiation during the movement, in the water box, of the welding head (58) between a position of the head aligned with a first tube (16,17,18) which has just been sleeved and a position of the head aligned with a second tube (16,17,18) that we are going to mancho nner. 8. Dispositif de contrôle pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen de mesure (64) comprenant une cellule photoélectrique (86) et un ensemble optique (88) qui est disposé par rapport à l'outil de soudage de façon à focaliser sur cette cellule le rayonnement auxiliaire émis par l'outil de soudage (52) en position hors service. 8. Control device for implementing the method according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises a measuring means (64) comprising a photoelectric cell (86) and an optical assembly (88) which is arranged relative to the welding tool so as to focus on this cell the auxiliary radiation emitted by the welding tool (52) in the out-of-service position. 9. Dispositif selon la revendication 8 appliqué au contrôle d'une chaîne optique portée par une canne de soudage (52) utilisée pour le manchonnage de tubes (16,17,18) d'un générateur de vapeur (10) d'un réacteur nucléaire à eau sous pression, la canne de soudage (52) étant portée par un bâti (40) qui est fixé sur un porteur (36), disposé à l'intérieur d'une boîte à eau (22) du générateur, et qui comporte des moyens de déplacement (34,60) de la canne entre sa position opérationnelle et sa position hors service, caractérisé en ce que le moyen de mesure d'intensité lumineuse (64) est disposé sur le bâti (40) de façon à recevoir le rayonnement optique auxiliaire émis par la canne de soudage (52), en position hors service de celle-ci. 9. Device according to claim 8 applied to the control of an optical chain carried by a rod welding (52) used for sleeving tubes (16,17,18) of a steam generator (10) of a pressurized water nuclear reactor, the welding rod (52) being carried by a frame (40 ) which is fixed to a carrier (36), disposed inside a water box (22) of the generator, and which comprises means (34,60) for moving the rod between its operational position and its position out of service, characterized in that the light intensity measuring means (64) is arranged on the frame (40) so as to receive the auxiliary optical radiation emitted by the welding rod (52), in the out of service position of that -this.
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